JP2009024803A

JP2009024803A - 複合材料からなる歯車

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Publication number: JP2009024803A
Application number: JP2007189527A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tanaka; 美則田中; Hidekazu Nakagami; 秀和中神; Masahide Wakayama; 雅英若山; Yoshifumi Kosagi; 祥史小鷺; Teru Matsue; 輝松江
Original assignee: PIP KK; Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: PIP KK; Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】補強部と表面部の間で滑りが生じないようにし、２つの材料間での剥離を防止することができる複合材料からなる歯車を提供する。
【解決手段】金属又は高強度樹脂からなる補強部１４と、該補強部１４を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部１３とで構成された複合材料からなる歯車１１において、補強部１４の駆動側の縁はピッチ円Ｐｃ近傍で凹形状１５を有する。反対側の縁はピッチ円Ｐｃ近傍で凸形状１６を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の駆動系列装置で使用される複合材料からなる歯車に関する。

一般に、歯車の材料としては金属と樹脂が用いられている。金属製の歯車は、強度上優れているが、作動音が大きいので、画像形成装置のような室内で使用される装置で用いられることは少ない。一方、樹脂製の歯車は、生産コストが安く、作動音が少ないため、多くの装置で採用されているが、強度を確保するために、歯幅を大きくするのが通例である。

近年、金属製歯車と樹脂製歯車の利点を兼ね備えた複合材料からなる歯車が種々提案されている。

例えば、引用文献１には、歯面を含む表面部が樹脂により形成され、その他の部分が金属材料により形成され、歯形を機械加工で仕上げるパワーステアリング用樹脂歯車が提案されている。また、引用文献２には、金属板材からなる歯車本体部と、該歯車本体部に樹脂の射出成形により一体化した歯形部とからなる時計等の精密機械用の歯車が提案されている。

このような複合材料からなる歯車では、駆動側歯車から被駆動側歯車に駆動力が伝達されるとき、駆動側歯車の駆動力は被駆動側の歯車の歯面に直角に作用するが、同時に駆動側歯車の歯面と被駆動側歯車の歯面の間で滑りが生じ、表面部の樹脂が剥離するという問題がある。

これを図７に基づいて具体的に説明する。図７は、下側の駆動側歯車１０１と上側の被駆動側歯車１０２が噛み合って、駆動側歯車１０１から被駆動側歯車１０２に回転駆動力が伝達される状態を示している。各歯車１０１．１０２は回転するにつれて短線で引き出した歯面上の点で接触する。

２つの歯車１０１，１０２の各ピッチ円Ｐｃ１、Ｐｃ２が接近するまでは、駆動側歯車１０１の接触点は歯元からピッチ円Ｐｃ_１にかけて間隔が狭く、被駆動側歯車１０２の接触点は歯先からピッチ円Ｐｃ_２にかけて間隔が広い。また、２つのピッチ円Ｐｃ_１、Ｐｃ_２が離間してゆくと、駆動側歯車１０１の接触点はピッチ円Ｐｃ_１から歯先にかけて間隔が広く、被駆動側歯車１０２の接触点はピッチ円Ｐｃ_２から歯元にかけて間隔が狭い。

これは、駆動側歯車１０１の例えば歯形部１０１ａからみれば、ピッチ円Ｐｃ_１の内側では被駆動側歯車１０２の歯形部１０２ａが矢印ａで示すように歯元に向かって滑り、ピッチ円Ｐｃ_１の外側では被駆動側歯車１０２ａが矢印ｂで示すように歯先に向かって滑っていることになる。また、被駆動側歯車１０２ａからみれば、ピッチ円Ｐｃ_２の外側では駆動側歯車１０１ａが矢印ｃで示すように歯先からピッチ円Ｐｃ_２に向かって滑り、ピッチ円Ｐｃ_２の内側では駆動側歯車１０１ａが矢印ｄで示すように歯元からピッチ円Ｐｃ_２に向かって滑っていることになる。

この結果、駆動側歯車１０１には駆動力に対する被駆動側歯車１０２からの反力と被駆動側歯車１０２の滑り力の合力が作用し、同様に、被駆動側歯車１０２には駆動側歯車１０１の駆動力と滑り力の合力が作用することになる。このため、表面部１０３と補強部１０４との材料間で滑り力が発生し、表面部１０３が補強部１０４から剥離する虞れがあった。

以上のことから、複合材料からなる歯車には、表層部の剥離が生じないこと、しかも２つの材料が密着していることが要求される。しかし、前記特許文献１及び２の歯車は、２つの材料間の密着性については全く考慮されていない。
特開２０００−８４７４７号公報特開２００５−３０８０１２号公報（特に図７）

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、補強部と表面部の間で滑りが生じないようにし、２つの材料間での剥離を防止することができる複合材料からなる歯車を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、
金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる歯車において、
前記補強部の駆動側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有する。
ここで、前記補強部の駆動側と反対側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有することが好ましい。

第２の手段は、
金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる歯車において、
前記補強部の被駆動側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有する。
ここで、前記補強部の被駆動側と反対側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有することが好ましい。

第３の手段は、金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる駆動側歯車と被駆動側歯車を組み合わせてなる歯車において、
前記駆動側歯車の補強部の駆動側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有し、前記被駆動側歯車の補強部の被駆動側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有する。

前記凸形状及び凹形状の部分は、ぎざぎざが形成されていることが好ましい。

前記凸形状及び凹形状の部分の接線は、歯面に作用する駆動力と滑り力の合力の方向に対して約９０°であることが好ましい。

本発明の歯車によれば、相手側の歯車から歯面に垂直に作用する力と滑り力の合力が補強部の縁の凸形状部と凹形状部に垂直に作用するので、補強部と表面部の間で滑りが生じず、２つの材料間での剥離が防止され、高強度、高寿命の歯車を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１（ａ）に駆動側歯車１Ａの歯形部２の駆動側歯形の基本構成を示す。外側の線は表面部３の基準ラックの歯形、内側の線は補強部４の縁の形状を示す。

駆動側歯車１Ａの表面部３のピッチ円Ｐｃより内側の歯面には、図示しない被駆動側歯車からの駆動力の反力Ｒ_１が歯面に垂直に作用するとともに、歯元に向かう滑り力Ｓ_１が作用する。この反力Ｒ_１と滑り力Ｓ_１の合力Ｆ_１の方向と約９０°になるように補強部４の駆動側の第１縁４ａが設定されている。

ピッチ円Ｐｃより外側の歯面には、図示しない被駆動側歯車からの駆動力の反力Ｒ_２が歯面に垂直に作用するとともに、歯先に向かう滑り力Ｓ_２が作用する。この反力Ｒ_２と滑り力Ｓ_２の合力Ｆ_２の方向と約９０°になるように補強部４の第２縁４ｂが設定されている。

前記第１縁４ａと第の縁４ｂにより、補強部４の縁はピッチ円Ｐｃ近傍において表面部３の歯面から離間するような凹形状５をなす。

図１（ｂ）に被駆動側歯車１Ｂの歯形部２の被動側歯形の基本構成を示す。外側の線は表面部３の基準ラックの歯形、内側の線は補強部４の縁の形状を示す。

被駆動側歯車１Ｂの表面部３のピッチ円Ｐｃより内側の歯面には、図示しない駆動側歯車からの駆動力Ｐ_１が歯面に垂直に作用するとともに、ピッチ円Ｐｃに向かう滑り力Ｓ_３が作用する。この駆動力Ｐ_１と滑り力Ｓ_３の合力Ｆ_３の方向と約９０°になるように補強部４の駆動側の第３縁４ｃが設定されている。

ピッチ円Ｐｃより外側の歯面には、図示しない駆動側歯車からの駆動力Ｐ_２が歯面に垂直に作用するとともに、ピッチ円Ｐｃに向かう滑り力Ｓ_４が作用する。この反力Ｐ_２と滑り力Ｓ_４の合力Ｆ_４の方向と約９０°になるように補強部４の第４縁４ｄが設定されている。

前記第３縁４ｃと第４縁４ｄにより、補強部４の縁はピッチ円Ｐｃ近傍において表面部８の歯面に接近するような凸形状６をなす。

前記補強部４の第１縁〜第４の縁４ａ〜４ｄには、補強部４と表面部３の間の密着性をより高めるために、細かい凹凸形状、所謂ぎざぎざ７が形成されている。この凹凸７は、高さ又は深さが０．００５×モジュール〜０．１×モジュールｍｍで、機械加工、プレス打ち抜き、その他任意の加工方法によって形成することができる。なお、モジュールＭ（ｍｍ）は、Ｍ＝ｄ／ｚ（ｄ；ピッチ円直径，ｚ：歯数）で定義される。

図２は、図１（ａ）の補強部４の左側の凹形状５を補強部４の右側の縁に、図１（ｂ）の補強部４の左側の凸形状６を補強部４の左側の縁に配置した歯形列１０である。図中の寸法は参考値であり、本発明はこれらの寸法に限定されるものではない。図２の歯形列１０を図３に示すようにインボリュート作図することで、図４に示す実際の歯車１１を得ることができる。この歯車１１の各歯形部１２は、表面部１３と補強部１４からなり、補強部１４の一方側の縁のピッチ円Ｐｃの近傍に凹形状１５を有し、他方側の縁のピッチ円Ｐｃの近傍に凸形状１６を有する。図４の歯車１１では、駆動側歯車として使用するときは、右側を駆動側とする。また、被駆動側歯車として使用するときは、右側を被駆動側とする。

図５は、図４で得られた形状を有する平歯車２１であり、その歯形部２２は、表面部２３と補強部２４からなり、補強部２４の一方側の縁に凹形状２５を有し、他方側の縁に凸形状２６を有する。図６は、図４で得られた形状を有するはずば歯車３１の斜視図であり、その歯形部３２は、表面部３３と補強部３４からなり、補強部３４の一方側の縁に凹形状３５を有し、他方側の縁に凸形状３６を有する。これらの平歯車２１及びはすば歯車３３は、補強部２４，３４を歯車の成形空間内に設置し、その回りに樹脂を射出成形することで表面部２５，３５を形成することができる。

図４〜図６の各実施例において、表面部１３，２３，３３を形成する樹脂材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が好適である。また、補強部１４，２４，３４は、金属又は高強度樹脂からなる環状の板材である。金属材料としては、炭素工具鋼鋼材やステンレス鋼、りん青銅が好適である。高強度樹脂材料としては、ポリイミド（ＰＩ）、ＡＢＳ，ＰＣ，ＰＰＳ，ＰＡ等のグラスファイバー強化樹脂及びカーボンファイバー強化樹脂が好適である。

（ａ）は駆動側歯車の歯形部の駆動側歯形部の基本構成を示し、（ｂ）は被駆動側歯車の歯形部の被動側歯形部の基本構成を示す。図１（ａ）と図１（ｂ）の歯方を組み合わせた歯形列の基本構成を示す。図２の歯車の歯形部のインボリュート作図を示す図。実際の歯車の歯形部の断面図。平歯車の部分斜視図。はすば歯車の部分斜視図。従来の駆動側歯車と被駆動側歯車の噛み合いを示す正面図。

符号の説明

１１，２１，３１歯車
１２，２２，３２歯形部
１３，２３，３３表面部
１４，２４，３４補強部
１５，２５，３５凹形状
１６，２６，３６凸形状

Claims

金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる歯車において、
前記補強部の駆動側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有することを特徴とする歯車。
前記補強部の駆動側と反対側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の歯車。
金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる歯車において、
前記補強部の被駆動側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有することを特徴とする歯車。
前記補強部の被駆動側と反対側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有することを特徴とする請求項３に記載の歯車。
金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆い歯面を形成する樹脂からなる表面部とで構成された複合材料からなる駆動側歯車と被駆動側歯車を組み合わせてなる歯車において、
前記駆動側歯車の補強部の駆動側の縁はピッチ円近傍で凹形状を有し、前記被駆動側歯車の補強部の被駆動側の縁はピッチ円近傍で凸形状を有することを特徴とする歯車。
前記凸形状及び凹形状の部分は、ぎざぎざが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の歯車。
前記凸形状及び凹形状の部分の接線は、歯面に作用する駆動力と滑り力の合力の方向に対して約９０°であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の歯車。